VDI 4499 Blatt 1-2008 Digital factory - Fundamentals.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREDigitale FabrikGrundlagenDigital factoryFundamentalsVDI 4499Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 8: Materialfluss II (Organisation/Steuerung)VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1: Grundlagen und PlanungFr

2、hereAusgabe:05.06 Entwurf,deutschFormeredition: 05/06Draft,inGermanonlyVDI-RICHTLINIENZubeziehendurch / Available atBeuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2008Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet

3、 / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 03.100.50, 35.240.50Februar 2008 February 2008Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . .

4、. . . . . . . . . . 22 Begriffsbestimmung und Abgrenzung . . . . 33 Anwendungsgebiete, Ziele und Zielgruppen 43.1 Anwendungsgebiete . . . . . . . . . . . . 43.2 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Zielgruppen der Digitalen Fabrik . . . . . 134 Prozesse Modelle, Methoden, Werkzeuge . 144

5、.1 Prozesse Definition und Strukturierung . 144.2 Betrachtungsgegenstnde . . . . . . . . . 194.3 Modelle, Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik . . . . . . . . . . . . 214.4 Anwendungsbeispiel . . . . . . . . . . . 255 Einfhrung und organisatorische Manahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 285.1 Vorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . 285.2 Konzepterstellung . . . . . . . . . . . . . 325.3 Umsetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Systemarchitektur und Datenmanagement . 396.1 Vorbetrachtung . . . . . . . . . . . . . . 396.2 Aufbau der Software . . . . . . . . . . . 396.3 Au

7、fbau der Hardware . . . . . . . . . . . 426.4 Datenmanagement. . . . . . . . . . . . . 436.5 Datenaustausch . . . . . . . . . . . . . . 436.6 Kriterien fr die Systemauswahl . . . . . 45Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Contents P

8、agePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Definition and delineation of terms . . . . . . 33 Application areas, aims and target groups . . 43.1 Application areas . . . . . . . .

9、 . . . . . . 43.2 Aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Target groups of the digital factory . . . . .134 Processes models, methods, tools . . . . .144.1 Processes definition and structuring . . .144.2 Objects of observation . . . . . . . . . . .194.3 Models, methods and tools of the digit

10、al factory . . . . . . . . . . . . . . . .214.4 Application example . . . . . . . . . . . .255 Introduction and organisational measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .285.1 Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . .285.2 Concept compilation . . . . . . . . . . . .325.3 Implementation . .

11、. . . . . . . . . . . . .376 System architecture and data management. .396.1 Preliminary observation. . . . . . . . . . .396.2 Structure of the software . . . . . . . . . .396.3 Structure of the hardware . . . . . . . . . .426.4 Data management . . . . . . . . . . . . . .436.5 Data exchange. . . . .

12、 . . . . . . . . . . .436.6 Criteria for the system selection . . . . . .45Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the

13、English trans-lation.VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich Modellierung und SimulationFachausschuss Digitale FabrikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2008 2 VDI 4499 Blatt

14、1 / Part 1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehal

15、ten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungSei

16、t einigen Jahren fordern die globalisierten Mrkte vieler Branchen in immer krzer werdenden Zyklen neue und individualisierte Produkte. Um die immer komplexer werdenden Produkt- und Produktionsent-stehungsprozesse wirtschaftlich beherrschen zu kn-nen, sind neue Vorgehensweisen und Instrumente notwend

17、ig geworden, z. B. Digital Mock-up (DMU) und Virtual Reality (VR).Hier untersttzt gerade der Ansatz der Digitalen Fab-rik eine frhzeitige Parallelisierung und mglichst komplette digitale Bearbeitung von Produktentwick-lung und Produktionsplanung bis hin zum virtuellen Anlauf und Betrieb bei ganzheit

18、lich integriertem Da-tenmanagement 1; 2. Eine digitale Produktentwick-lung wird in vielen Unternehmen schon lnger prak-tiziert; der Fokus liegt jetzt auf der Produktionspla-nung.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie wendet sich an Entwickler und Ent-scheider, die mit der Konzipierung, Einfhrung und Um

19、setzung von Methoden und Instrumenten der Digitalen Fabrik beauftragt sind, sowie an die spte-ren Anwender (z. B. Konstrukteure, Verfahrensent-wickler, Fertigungs-, Anlagen- und Fabrikplaner) und Betreiber.Gerade auch fr mittelstndische Betriebe sollen Handlungsempfehlungen und Entscheidungshilfen g

20、egeben werden.Die Richtlinie definiert den Begriff Digitale Fabrik und zeigt ihren Fokus auf. Sie bietet einen berblick bezglich der Ziele, der Anwendungsgebiete und des Nutzens dieses Konzepts. Die betrachteten Prozesse mit ihren entsprechenden Modellen, Methoden und Preliminary noteThe content of

21、this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text

22、or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionFor some years now, globali

23、sed markets have been demanding that the various sectors can produce new and individualised products in ever shorter cycles. In order to cope commercially with the ever more com-plex product and production development processes, new approaches and instruments have become neces-sary, e. g. digital mo

24、ck-up (DMU) and virtual reality (VR).In this context the concept of the digital factory sup-ports an early parallelisation and, as far as possible, digital processing of product development and pro-duction planning right up to virtual start-up and oper-ation including holistically integrated data ma

25、nage-ment 1; 2. A digital product development has been routine practice in many companies for some time now; the focus now is on production planning. 1ScopeThis guideline is aimed at developers and decision-makers charged with the design, introduction and im-plementation of methods and instruments o

26、f the dig-ital factory, as well as at later users (e. g. designers, process developers, production system and factory planners) and operators. Recommendations and decision aids are given in par-ticular for medium-sized companies. The guideline defines the term digital factory and ex-plains its focus

27、. It provides an overview of the aims, applications, and benefits of this concept. The ob-served processes with the corresponding models, methods and tools are explained in detail. Instruc-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingeni

28、eure e. V., Dsseldorf 2008 VDI 4499 Blatt 1 / Part 1 3 Werkzeugen werden umfassend erlutert. Es werden Hinweise zum Datenmanagement und zur System-architektur gegeben. Ein Augenmerk gilt auch der Einfhrung und den begleitenden organisatorischen Manahmen. Das vorliegende Grundlagenblatt gibt lediglic

29、h einen Einstieg in die umfassende Thematik der Digitalen Fabrik; es wird durch weitere Richt-linienbltter ergnzt werden, z. B. zum Thema Digi-taler Fabrikbetrieb“.2 Begriffsbestimmung und AbgrenzungDer umfassende Planungs- und Betriebsansatz der Digitalen Fabrik ist bereits in der Automobil- und Fl

30、ugzeugindustrie, aber auch in weiteren fortschrittli-chen und globalisierten Branchen zu einem zentralen Innovationsthema geworden 2; 3. Der Begriff wird folgendermaen definiert:Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff fr ein umfas-sendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen u. a.

31、 der Simulation und der drei-dimensionalen Visualisierung , die durch ein durch-gngiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Struk-turen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Pro

32、dukt.Der Fokus der Digitalen Fabrik liegt auf einer mit al-len Unternehmensprozessen frhzeitig und sorgfltig abgestimmten Produktionsplanung und Gestaltung der Fabrik (Bild 1).tions are given for data management and system ar-chitecture. Special attention is given to the introduc-tion and the accomp

33、anying organisational measures. This basic guideline serves only as an introduction to the broad-ranging subject of the digital factory; it will be supplemented by further guideline parts, e. g. on the subject of “digital factory operation”. 2 Definition and delineation of termsThe comprehensive pla

34、nning and operation approach of the digital factory has already become a central in-novation issue in the automotive and aviation indus-try but also in other advanced and globalised sectors 2; 3. The term is defined as follows:Digital factory is the generic term for a comprehen-sive network of digit

35、al models, methods and tools including simulation and 3D visualisation integra-ted by a continuous data management system. Its aim is the holistic planning, evaluation and ongo-ing improvement of all the main structures, processes and resources of the real factory in conjunction with the product.The

36、 focus of the digital factory is early production planning and design of the factory closely coordina-ted with all corporate processes (Figure 1). Bild 1. Fokus der Digitalen Fabrik im Strahlenkreuz der UnternehmensprozesseB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rech

37、te vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2008 4 VDI 4499 Blatt 1 / Part 1Unter Produktionsplanung wird in diesem Zusam-menhang sowohl die Planung der Prozesse als auch die Planung der Produktionssysteme verstanden. Es gilt, Produkte, Fertigungsverfahren und Produktions-ablufe in e

38、iner frhen Entwicklungsphase abzusi-chern und die Produktionsentwicklung mit digitalen Modellen und Werkzeugen zu begleiten und zu be-schleunigen, sowie dann auch die reale Produktion laufend mit virtuellen Instrumenten zu berprfen und zu verbessern.3 Anwendungsgebiete, Ziele und ZielgruppenIn diese

39、m Abschnitt sind die Anwendungsgebiete der Digitalen Fabrik beschrieben. Ziele und Zielgruppen der Digitalen Fabrik leiten sich aus diesen Anwen-dungsgebieten ab 4. Die Digitale Fabrik soll die Anwendungsgebiete mglichst durchgngig unter-sttzen. Hauptziel der Digitalen Fabrik ist es, die Pro-duktion

40、splanung zu beschleunigen und zu verbes-sern, sowie sie im Sinne eines Simultaneous Engi-neering mit der Produktentwicklung intensiv zeitlich zu berlappen 5.3.1 AnwendungsgebieteMgliche Anwendungsgebiete der Digitalen Fabrik bis zum Produktlebensende zeigt Bild 2.3.1.1 LebenszyklusphasenIm Folgenden

41、 werden wesentliche Anwendungsge-biete der Digitalen Fabrik entlang der Lebenszyklus-Production planning in this context refers to both the planning of the processes as well as the planning of the production systems. The aim is to secure pro-ducts, production processes and production se-quences in a

42、n early phase of development and to ac-company and accelerate the production development with digital models and tools and then to monitor and improve the real production on a constant basis with virtual instruments. 3 Application areas, aims and target groupsThis section deals with the application

43、areas of the digital factory. Aims and target groups of the digital factory are derived from these application areas 4. As far as possible, the digital factory must support the application areas on a seamless basis. The main aim of the digital factory is to accelerate and improve pro-duction plannin

44、g and to overlap it intensively in the sense of simultaneous engineering with product de-velopment 5. 3.1 Application areas Figure 2 shows possible application areas for the digital factory right up to the end of the product life.3.1.1 Life cycle phasesThe following defines and explains the main app

45、lica-tion areas for the digital factory along the various life Figure 1.Focus of the digital factory at the heart of corporate processes B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2008 VDI 4499 Blatt 1 / Part 1

46、 5 phasen von Produkt bzw. Produktionssystemen (siehe auch Bild 2) im hier betrachteten Zusammen-hang definiert und erlutert.Produktentwicklung Die Produktentwicklung (siehe auch VDI 2221) ist Grundlage der Produktionsplanung. Sie liefert wichtige Eingangsdaten, z. B. das dreidimensio-nale Modell de

47、s Produktes, seine Struktur (z. B. in cycle phases of the product and production systems in the context observed here (see also Figure 2). Product development Product development (see also VDI 2221) is the basis of production planning. It supplies important input data, e. g. the 3D model of a produc

48、t, its structure (e. g. in the form of a parts list) as well as Bild 2. Beispiele fr Anwendungsgebiete der Digitalen FabrikFigure 2. Examples of application areas for the digital factoryB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingen

49、ieure e. V., Dsseldorf 2008 6 VDI 4499 Blatt 1 / Part 1Form einer Stckliste) sowie die Funktionen. Zu-sammen mit dem Produktionsprogramm, das aus Arbeitsplnen, Mengen und Terminen besteht, lie-fern diese die notwendigen Eingangsinformatio-nen zur weiteren Bearbeitung mit Werkzeugen der Digitalen Fabrik.Produktionsplanung Die Produktionsplanung ist heute das Hauptan-wendungsgebiet der Digitalen Fabrik. Sie umfasst die Planung von Produkti